191139. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés többrétegű nyomtatott huzalozású áramkörök gyártásánál furatok átfémezése megbízhatóságának növelésére
1 191 139 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés több vezetőrétegü nyomtatott huzalozású áramköri kártyák gyártásánál furatok átfémezése megbízhatóságának növelésére. A kétoldalú nyomtatott huzalozású áramköri szereléstechnika megjelenése után hamarosan felmerült az igény több, egymással párhuzamos síkban elhelyezkedő vezetőréteg kialakítására. Ez az igény két oldalról jelentkezett: egyrészt a tápfeszültség, illetve földvezetékek kényelmesebb és megbízhatóbb vezetése miatt, másrészt az alkatrészsűrüség növelése miatt. Az alkatrészek közötti összeköttetések alapvetően kétfélék: biztosítják a megfelelő tápfeszültségellátást, illetve földelést és vezetik az áramkörök a jeleket. A tápfeszültségellátás, illetve földelés vezetéke jóval nagyobb keresztmetszetet igényel, mint a jelvezetékek. A tápfeszültség és a fötd vezetékezést már a kétoldalúan nyomtatott huzalozás alkalmazásánál igyekeztek elválasztani a jelvezetékektől. Ennek egyik 1 leggyakoribb módja az, hogy a kártyára külön tápáramvezető-, illetve földelő sínek vannak felszerelve1, így el lehetett érni, hogy sokkal nagyobb a vezetékek keresztmetszete és könnyebb a jelvezetékek huzalozását megtervezni, mivel a nyomtatott áramköri rétegek teljesen a jelvezetékek számára vannak fenntartva. Azonban ez sem bizonyult egészen megfelelő megoldásnak, egyrészt szerelési nehézségek, másrészt a nagy helyigény miatt. A kettőnél többrétegű nyomtatott huzalozású áramkörök megjelenése hozta meg a további előrelépést. Legjobban elterjedtek a nagyrétegű nyomtatott huzalozású áramkörök olyan funkcionális kialakítással, hogy a két belső réteg a tápáramvezető- és a földelősínek szerepét veszi át, míg a külső rétegek a jelvezetékek kialakítására szolgálnak. Ennek a megoldásnak számos előnye van. A tápáramvezető és földelő vezetékezés nagy felületű, tehát nagy keresztmetszetű lehet, nem foglal el külön felületet a szerelési oldalon és a jelvezetékeket is könnyebb elhelyezni. Ehhez járul még egy további előny. A két, középső felületű réteg kiváló árnyékolást biztosít a két külső felület között, másrészt pedig elősegíti, hogy a külső felületeken lévő jelyezetékek mintegy hullámvezetőként működjenek. így gyorsabb áramkörök valósíthatók meg és a zajviszonyok is kedvezőbbek. Természetesen nemcsak négyrétegű, hanem ennél többrétegű nyomtatott huzalozási áramköröket is használnak, ezek azonban jóval kevésbé vannak elterjedve. A továbbiakban elsősorban a négyrétegü, a belső rétegeken a tápáramot és a földet vezető nyomtatott áramkörökkel foglalkozunk. Többrétegű nyomtatott huzalozású áramköröknél az egyes rétegek közötti összeköttetést átfémezett furatok biztosítják. Az átfémezett furat azokat a rétegeket köti össze, amelyekben a vezető rézréteg érintkezik a furattal. Ahol nem szükséges a fémes összeköttetés, a furat körül szigetelő gyűrűt, szigetelő szemet kell biztosítani. A többrétegű nyomtatott huzalozású áramkörök leggyakoribb meghibásodása az, amikor szakadás keletkezik a belső vezetőréteg és a hozzákapcsolódó átfémezett furat között. Ez a hiba rendkívül veszélyes, mivel egyszerű ellenőrzéssel nem deríthető fel és a lemez kismértékű meghajlításától függően időszakos lehet. Kellemetlen az is, hogy a nyomtatott áramköri lemez öregedésével, üzemszerű mechanikai behatásra később is bármikor előfordulhat ez a szakadás. Ezek miatt nagy megbízhatóságot kívánó ipari környezetben még ma is csak igen nagy óvatossággal használnak többrétegű nyomtatott huzalozású lemezt. A belső vezetőréteg és a hozzákapcsolódó átfémezett furat közötti könnyen előforduló szakadás a jelenleg szokásos technológiai eljárás következménye. A szokásos technológiai eljárás szerint a többrétegű nyomtatott huzalozású áramköri lemezt alkotó rétegek összeragasztása után nagyfordulatszámú, különösen kemény fúróval elkészítik a furatokat, majd áram nélküli rézfelvitellel, vékony rézréteggel bevonják, ezután galvanikus rézfelvitellel vastagítják a furatok rézbevonatát. E technológiai eljárás alapvető problémája az, hogy fúráskor a nyomtatott áramköri lemez szigetelő alaprétege felmelegszik és kenődik. Amikor a fúró áthalad a közbenső vezető rétegen, ez a felkenődött szigetelőanyag bevonja a közbenső vezető réteget, és az ezután következő technológiai fázisban, a furat belsejének átfémezésekor ez a fémréteg már nem érintkezik kellőképpen a közbenső vezető réteggel. A probléma súlyosságát az is növeli, hogy a közbenső fémréteg vastagsága 35 mikron körüli, tehát kenödés nélkül is csak egy 35 mikron magasságú hengerpaláston történik a két fémréteg érintkezése. Ennek a technológiai problémának kiküszöbölésére több módszert dolgoztak ki. Régebbi eljárásoknál a fúrás után, még a fémezés előtt kémiai úton marással távolították el a fölkent szigetelőanyagot a furatból, azonban ez a megoldás egyrészt egészségi szempontból nem megfelelő, másrészt nagyon kényes a marás időtartamára. Túlmarás esetén a furat fala a szigetelőanyagban rücskössé válik és nem jön létre az átfémezéshez szükséges kellően sima felület. Újabban plazmamarással távolítják el a felkenődött szigetelőanyagot, ehhez azonban igen költséges berendezésre van szükség. A maratásnak általában még az is veszélye, hogy a vezető réz felkeményedik és törékennyé válik. A felkenődést kiküszöböli a 4 258 468 sz. US szabadalomban ismertetett eljárás. Eszerint a többrétegű áramköri kártyát nem fémezett szigetelőlapokból és külön vezetőrétegekből gyártják oly módon, hogy először a vezetőrétegeken készítik el a furatokat, majd a vezetőrétegeket és a fémezetlen szigetelőlapokat megfelelően pozícionálva egymásra rakják, és többrétegű kártyává egyesítik. Ezután lézersugárrral a szigetelő rétegeket is átfúrják azokon a helyeken, ahol a .vezetőrétegeken az előre elkészített furatok vannak. A lézersugár hullámhosszát úgy választják meg, hogy jól fúrja a szigetelőanyagot, de lényegében hatástalan legyen a vezetőrétegekre. Ez az eljárás kiküszöböli ugyan a szigetelőanyag felkenődését a vezetőrétegre, de nem szünteti meg az érintkezési hibák másik forrását, tehát azt, hogy az átfémezés a vékony közbenső vezetőréteggel csak a furat kisfelületű palástjain érintkezik. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan eljárás és berendezés kialakítása, amely tartós, üzembiz-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
